La₂CaB₁₀O₁₉（LCB）為可通過(guò)Nd∶YAG激光三倍頻產(chǎn)生355 nm紫外激光的非線性光學(xué)晶體,其光學(xué)性能可與商用化的LiB₃O₅（LBO）晶體媲美,但抗潮解特性優(yōu)勢(shì)明顯。本文對(duì)用LCB晶體實(shí)現(xiàn)355 nm紫外激光輸出的三倍頻產(chǎn)生過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),利用走離補(bǔ)償方法來(lái)提高激光輸出轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)在光路中加入沿θ=45°方向切割、厚度為1.2 mm的方解石晶體走離補(bǔ)償片,在脈沖寬度為60 ns、重復(fù)頻率10 kHz的激光參數(shù)下實(shí)現(xiàn)355 nm輸出功率由12 W提升至20 W;在脈沖寬度為25 ps、重復(fù)頻率為10 Hz的激光參數(shù)下355 nm轉(zhuǎn)換效率由28.3%提升至35.2%。 

【文章來(lái)源】：發(fā)光學(xué)報(bào). 2020,41(02)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

高重頻納秒激光三倍頻實(shí)驗(yàn)光路結(jié)構(gòu)圖

圖2為實(shí)驗(yàn)光路圖,M1和M2為1 064 nm高反鏡,M3～M9為532 nm高反鏡,M10為1 064 nm高透、532 nm高反鏡,將兩束光重疊入射至LCB晶體內(nèi)。為了精確補(bǔ)償在LCB晶體內(nèi)1 064 nm和532 nm的群速失配,我們采用了M5～M8的結(jié)構(gòu),使532 nm在傳播方向有相應(yīng)的空間延遲。M11為1 064 nm半波片,M12為格蘭激光棱鏡,M11和M12配合使用可實(shí)現(xiàn)1 064 nm激光輸出功率的精確、方便調(diào)節(jié),從而便于優(yōu)化1 064 nm和532 nm激光功率比例關(guān)系,達(dá)到最佳的三倍頻實(shí)驗(yàn)條件。通過(guò)L1和L2組成2∶1縮束系統(tǒng),用于調(diào)節(jié)入射至LCB晶體的532 nm激光光斑尺寸,L3和L4組成3∶1縮束系統(tǒng),用于調(diào)節(jié)入射至LCB晶體的1 064 nm激光光斑尺寸。從LCB晶體出射的激光以布儒斯特角入射到一個(gè)三棱鏡上,被分開成為三束,1 064 nm基頻光和532 nm二倍頻光被激光垃圾筒收集,355 nm三倍頻光由功率計(jì)(LPE-1A,物科光電)探測(cè)。3 結(jié)果與討論

在開始的三倍頻產(chǎn)生過(guò)程中,我們并沒(méi)有加入走離補(bǔ)償片。從原理上來(lái)講,1 064 nm與532 nm光在單位面積內(nèi)的光子數(shù)之比為1∶1時(shí)為三倍頻產(chǎn)生的最佳條件,而1 064 nm光斑與532 nm激光光斑尺寸是不同的,所以要達(dá)到三倍頻最佳輸出條件,需要調(diào)節(jié)532 nm激光與剩余的1 064 nm激光的功率比例,我們通過(guò)調(diào)節(jié)非臨界相位匹配LBO晶體的溫度來(lái)保證355 nm紫外激光的有效輸出。但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不理想,我們最終得到的355 nm激光功率只有12 W,1 064 nm到355 nm激光相應(yīng)轉(zhuǎn)換效率僅為4.8%。這里除了基頻激光光束質(zhì)量不夠好這一因素外,在三倍頻產(chǎn)生過(guò)程中1 064 nm和532 nm激光之間的走離也是不可忽略的重要因素。由于我們采用的LCB晶體實(shí)現(xiàn)三倍頻的偏振匹配方式為:e(1 064 nm)+e(532 nm)→o(355 nm),所以在LCB晶體內(nèi)部1 064 nm和532 nm激光均有走離,文獻(xiàn)[18]中曾指出,在θ=49.4°、φ=0°的LCB晶體內(nèi)部,三倍頻產(chǎn)生過(guò)程中1 064 nm和532 nm激光的走離角分別為31.7 mrad和33.5 mrad。圖3所示為用matlab編程軟件模擬的在三倍頻產(chǎn)生過(guò)程中LCB晶體內(nèi)部1 064 nm和532 nm激光光束重疊情況。在實(shí)驗(yàn)中我們使用的LCB晶體通光方向長(zhǎng)度為17.6 mm,根據(jù)LCB晶體內(nèi)部1 064 nm和532 nm激光的走離角數(shù)據(jù),計(jì)算可得在355 nm激光產(chǎn)生過(guò)程中,1 064 nm激光從LCB晶體出射時(shí)的位置與入射時(shí)相比偏移的距離為560 μm,532 nm激光從LCB晶體出射時(shí)的位置與入射時(shí)相比偏移的距離為590 μm,所以在沒(méi)有加入走離補(bǔ)償片的情況下1 064 nm和532 nm激光光斑最終會(huì)有30 μm的偏移。由于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)透鏡匯聚后的光斑半徑一般也是在百微米量級(jí),30 μm的偏移量勢(shì)必會(huì)影響1 064 nm和532 nm激光的和頻效果,降低355 nm激光的有效輸出。為了保障355 nm激光的有效輸出,我們有必要加入走離補(bǔ)償片,使1 064 nm和532 nm激光在從走離補(bǔ)償片出射時(shí)(入射至LCB晶體前)沿相反方向有15 μm左右的偏移。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3532993